7.9验证机械能守恒定律.doc

太原市第十二中学校 高中物理备课组 主编：姚维明课时教学设计首页授课时间: 年 月 日课题7.9验证机械能守恒定律课型实验探究第几课时1课时教学目标(三维)1、知识与技能：（1）知道物体的势能和动能可以相互转化。（2）能比较重锤减少的重力势能和增加的动能之间的关系。（3）理解机械能守恒定律的适用条件。2、过程与方法：（1）让学生初步了解验证实验的一般程序和方法。（2）培养学生分析实验结果、从中得出规律的能力。（3）使学生学会在具体的问题中判断机械能是否守恒。3、情感、态度与价值观：（1）培养学生认真严谨的科学态度及探究创造的心里品质。（2）培养学生交流合作、评价探究结果的初步能力。（3）培养学生如何认识和对待理想和现实之间的差距。教学重点与难点 教学重点 掌握验证机械能守恒定律的实验原理。 教学难点 验证机械能守恒定律的误差分析及如何减小实验误差的方法。教学方法与手段教师启发、引导，学生自主设计实验方案，亲自动手实验，并讨论、交流学习成果。使用教材的构想实验往往是学生的难点更是学习的重点，学生在学习过程中较轻视，只有学生主动参与探究的全过程，成为学生的主体，才能激发学习的欲望，加深对机械能守恒定律的理解，达到实验的目的。在探究的过程中，引导学生自己想办法去解决问题，使学生主动参与探究的过程，从而达到验证的目的。本课教学设计的过程为：学习了机械能守恒定律，在实验室中我们如何验证呢，提出问题引起思考；学生分组讨论、设计实验方案，教师进行归纳指导；教师和学生共同探究，通过分析实验数据，从实验数据中总结规律；通过实验思考，应用生活实例，加深对定律的理解。实验过程，教师是一个引导者和参与者，课堂上引导学生自己动手实验，通过交流和合作，充分重视在整个探究过程中对学生情感、态度与价值观的培养。太原市教研科研中心研制课 时 教 学 流 程教师行为学生行为课堂变化及处理主要环节及效果（一）课前准备课前布置学生预习本节实验。下发预习提纲，重点复习下面的三个问题：1推导出机械能守恒定律在本实验中的具体表达式。物理情景：（1）在图1中，质量为m的物体从O点自由下落，以地作零重力势能面，下落过程中任意两点A和B的机械能分别为：EA= EB= （2）如果忽略空气阻力，物体下落过程中的机械能守恒，于是有EA=EB，具体形式为：变形式为:两式的物理意义是什么?为了便于研究，可以直接从开始下落的O点至任意一点（如图1中A点）来进行研究，这时应有： 本实验要验证的表达式，式中h是物体从O点下落至A点的高度，vA是物体在A点的瞬时速度。EA=，EB=结论1：物体在A点的机械能等于物体在B点的机械能。结论2：由A到B过程中物体重力势能的减少量等于物体动能的增加量。预习作业，揭示问题。问题情景学生预习推导结论1结论2能量守恒能量转化与守恒简化方案，便于实验。实验原理待测物理量说明太原市教研科研中心研制教师行为学生行为课堂变化及处理主要环节及效果2、如何通过纸带上的点，求出A点的瞬时速度vA？3、如何确定重物下落的高度h？根据以上数值可以计算出任意点的重力势能和动能，从而验证机械能守恒定律。（二）学生实验同学们，大家好，我们已经完成了实验前的预备工作，现在我们准备实验。在学生开始做实验之前，老师应强调如下几个问题：1、该实验中要求第一点O为计时起点，O点的速度应为零。怎样操作呢？2、是否需要测量重物的质量？需要天平吗？3、在架设打点计时器时应注意什么？为什么？4、为了减少摩擦力，纸带应该怎么控制。那好，现在我们开始分组进行实验。要求每组同学们测量三条纸带，选取最佳的。根据做匀加速运动的物体在某一段时间t内的平均速度等于该时间中间时刻的瞬时速度可求出A点的瞬时速度vA。用毫米刻度尺测量出起点O到任意计数点的高度，即h学生看书明确实验的各项任务及实验仪器。复习用打点计时器测速度的实验，掌握用打点计时器测量匀变速直线运动速度的方法。应该先接通电源，然后释放纸带。不需要，因为两边的质量都约去了。只要相等就可以。必须竖直架稳。尽量减少摩擦阻力。应该竖直提起来，然后自由释放。学生动手实验如何测定待测量学生要明确让学生做好课前的准备工作。以节省时间，突出重点，做好实验。预习任务完成。突出重点开始探究提出问题，重点提示。探究问题让同学们讨论，从减少阻力的条件去考虑。同学们操作，老师巡视。指导学生实验，解决学生问题。让同学们充分发挥自己的动手能力，大胆实验补充设计太原市教研科研中心研制补充设计教师行为学生行为课堂变化及处理主要环节及效果（三）数据处理同学们都已经测定出三条纸带。下面我们准备数据处理。1、为了尽量减少阻力，大家想一想我们应该选取怎样的纸带？2、我们是要证明什么结论：3、为了尽量减少误差，要求我们都取三个不同的点进行测量探究。现在同学们进行测量，自己设计表格，填好数据。展示三组同学的实验结果：你们的实验数据有什么问题？是不是丙他们组的实验是不成功的？你们是否都是这样的结论？机械能不守恒吗？同学们的实验都是成功的！由于实验有误差，因此它们只能近似相等。为什么 gh略大于v2/2？同学们解释的特别好。我来解释丙组同学的问题。其实丙组同学的结果也是正确的，说明离O点的越近的点，测量误差越大，因此最好选取离O点远的点来证明机械能守恒。点迹清晰的。1，2两点间距最好是2mm的纸带。甲：gh约等于v2/2乙：gh略大于v2/2丙：离O点近的点数据相差比较大，较远的点近似相等。老师，我们的也是这样，只是略有差异。根据动能定理，所以有 gh略大于v2/2噢，原来是这样。实验论证问题探究，让同学们充分讨论，大胆发言，老师启发。深入探究。实验论证。继续动手。老师指导，发现问题。同学们自己点评。发现问题，总结规律。同学们争议，不能确定。再发现问题，让同学们思考，交流，讨论。通过充分的交流，大家特别兴奋。问题终于都清楚了。太原市教研科研中心研制补充设计教师行为学生行为课堂变化及处理主要环节及效果我们能不能证明任意两点的机械能守恒呢？如何证明？请同学们算一算。相等吗？物理真有用，科学真迷人，规律真奇妙。做一做练一练：可以。只要能证明=则机械能守恒。几乎相等。老师,机械能真的守恒。（1）为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选用：铁架台，打点计时器，复写纸，纸带，秒表，低压直流电源，导线，电键，天平。其中不必要的器材有：；缺少的器材是。（2）在验证机械能守恒定律时，如果以v22为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的图线应是 ，才能验证机械能守恒定律，其斜率等于 的数值。再次探究学生运用已知的数据计算。培养学生严谨的科学态度，给学生物理学真好奇的感觉。太原市教研科研中心研制课时教学设计尾页板书设计7.9验证机械能守恒定律方法：运用自由落体运动进行验证条件：只有重力做功原理：结论:重力势能的减少量等于动能的增加量,总机械能守恒。作业设计在验证机械能守恒定律的实验中，有同学按以下步骤进行实验操作：A.用天平称出重锤和夹子的质量；B.固定好打点计时器，将连着重锤的纸带穿过限位孔，用手提住，且让手尽量靠近打点计时器；C.松开纸带，接通电源，开始打点.并如此重复多次，以得到几条打点纸带；D.取下纸带，挑选点迹清晰的纸带，记下起始点O，在距离O点较近处选择几个连续计数点(或计时点)，并计算出各点的速度值；E.测出各点到O点的距离，即得到重锤下落高度；F.计算出mghn和 mn 2，看两者是否相等.在以上步骤中，不必要的步骤是_；有错误或不妥的步骤是_；更正情况是_ ，_ _ ，_ ， _ _ 。教学反思本实验的目的是验证机械能守恒定律。方法是通过自由落体运动去验证。我们的学生在实验活动中的动手能手比较好，学生讨论、交流都很活跃，实验测量的数据比较准确，最后验证的结果还是可以的。存在的问题是如何多角度地设计实验？实验的具体原理是什么？怎么测量数据？注意事项是什么？实验的误差是怎么来的？应用机械能守恒定律解决问题时，应首先分析机械能守恒条件，其次要正确选择所研究的物理过程，正确写出初、末状态物体的机械能表达式。从功和能的角度分析、解决问题，是物理学研究的重要方法和途径。通过本节内容的学习，逐步培养用功和能的观点分析解决物理问题的能力。应用功和能的观点分析处理的问题往往具有一定的综合性，例如与圆周运动或动量知识相结合，要注意将所学知识融汇贯通，综合应用，提高综合运用知识解决问题的能力。太原市教研科研中心研制7.9验证机械能守恒定律学生学案1、完成实验报告。2、完成如下思考题：（1）为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选用：铁架台，打点计时器，复写纸，纸带，秒表，低压直流电源，导线，电键，天平。其中不必要的器材有： ；缺少的器材是 。（2）在验证机械能守恒定律时，如果以v22为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的图线应是 ，才能验证机械能守恒定律，其斜率等于 的数值。（3）在做“验证机械能守恒定律”的实验时，用打点计时器打出纸带如图3所示，其中A点为打下的第一个点，0、1、2为连续的计数点。现测得两相邻计数点之间的距离分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6，已知相邻计数点间的打点时间间隔均为T。根据纸带测量出的距离及打点的时间间隔，可以求出此实验过程中重锤下落运动的加速度大小表达式为_ _。在打第5号计数点时，纸带运动的瞬时速度大小的表达式为_ _。要验证机械能守恒定律，为减小实验误差，应选择打下第_号和第_号计数点之间的过程为研究对象。（4）某次“验证机械能守恒定律”的实验中，用6V、50Hz的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图4所示，O点为重锤下落的起点，选取的计数点为A、B、C、D，各计数点到O点的长度已在图上标出，单位为毫米，重力加速度取9.8m/s2，若重锤质量为1kg。打点计时器打出B点时，重锤下落的速度vB= m/s，重锤的动能EkB= J。从开始下落算起，打点计时器打B点时，重锤的重力势能减小量为 J。根据纸带提供的数据，在误差允许的范围内，重锤从静止开始到打出B点的过程中，得到的结论是 。 参考答案：（1）不必要的器材有：秒表、低压直流电源、天平。缺少的器材是低压交流电源、重锤、刻度尺。（2）通过原点的直线、g. （3）（s6+ s5+ s4- s3- s2 s1）/9T 2，（s5+ s6）/2T，1、5. （4）1.175，0.69，0.69 0.69， 机械能守恒。实验“验证机械能守恒定律”的设计思想1.构思实验的方案应从实验的目的和原理出发，并结合现有的实验条件；实验过程中测量工具的选择应根据实验原理中涉及的物理量和实验精确度的要求选取。测量小球的直径要用游标卡尺，测量一根长约1 m的线用毫米刻度尺即可；实验器材的安装应从操作方便、实验误差小等方面考虑；实验步骤的设计和实验器材安装遵循的原则基本一致；实验数据的处理从两方面考虑：准确，尽可能消除偶然误差；简便等。2.本实验应注意的几个问题：安装打点计时器时，必须使两纸带限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力；实验时必须保持提起的纸带竖直，手不动。待接通电源，让打点计时器工作稳定后再松开纸带，以保证第一点是一个清晰的点；打点计时器必须接50 Hz的4 V6 V的交流电；本实验要求“先通电，后释放纸带”，以保证小球初始位置的速度为零；选用纸带时应尽量挑选第一、二点间距接近2 mm的点迹清晰且各点呈一条直线的 纸带；测量高度h时，应从起始点算起，为减小h的相对误差，选取的计数点要离起始点远些，纸带也不宜过长，有效长度可以是60 cm80 c